Dernières avancées et applications du protocole de consensus de la Blockchain
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, garantit l'intégrité et la cohérence des données grâce à un protocole de consensus. Le protocole de consensus est au cœur du système Blockchain, et ses performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la Blockchain. Le protocole de consensus de tolérance aux pannes byzantines asynchrone (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux délais réseau et aux pannes de certains nœuds, c'est pourquoi il est devenu un sujet de recherche clé.
Ce rapport examine l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en se concentrant sur les dernières avancées du protocole de réplication de machine à état tolérante aux pannes byzantines asynchrones (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, mais en raison de vulnérabilités, son retard prévu de 9,5δ n'a pas été réalisé. Par conséquent, le sMVBA est devenu le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un retard prévu de 10δ. Le rapport propose également deux nouvelles conceptions de protocoles, à savoir le 2PAC (consensus asynchrone en 2 phases) et le bloc de pipeline ultra-rapide, montrant des améliorations significatives en termes de débit et de retard.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être malicieusement compromis par un adversaire. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, et le délai de transmission des messages est contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publiques et privées pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Blockchain Consensus
Le protocole de consensus Blockchain vise à faire en sorte que tous les nœuds honnêtes parviennent à un accord sur l'état de la Blockchain. Plus précisément, chaque nœud reçoit en continu de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, garantissant que ces blocs soient convenus par tous les nœuds honnêtes grâce au protocole de consensus. Le protocole de consensus Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Activité : Il existe une chaîne de blocs décidée infinie dans une exécution infinie.
Cohérence : s'il existe deux blockchains décidées, l'une d'elles doit être le préfixe de l'autre.
P qualité : Dans une blockchain décidée, la proportion de transactions soumises par des nœuds honnêtes doit être d'au moins p.
Les défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Le protocole de consensus asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, dont le délai prévu est de 9,5δ. Cependant, ce protocole présente plusieurs modes d'attaque qui compromettent sa cohérence et sa vivacité. Par exemple, des attaques dues à un manque de vérification des authentifications, des attaques qui utilisent des stratégies d'élévation pour entraver la vivacité, ainsi que des attaques sur la cohérence résultant d'une définition assouplie de l'authentification des leaders, etc. Bien que le 2-chain VABA introduise de nouveaux mécanismes, tels que l'exécution parallèle de multiples instances parallèles, il n'a toujours pas complètement résolu ces problèmes.
Nouveau design de protocole : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 phases)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, les chercheurs ont proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore considérablement les performances en simplifiant et en optimisant le processus de Consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean：
A réalisé plus de 90 % de débit et un délai d'attente prévu de 9,5 δ, avec une complexité de message de O(n²).
En améliorant l'efficacité du protocole en éliminant les interactions et les coûts de calcul inutiles.
2PACBIG :
C'est le protocole de consensus Blockchain le plus rapide avec une complexité de message de O(n³).
Le temps d'exécution d'un MVBA unique sans défaut est de 4δ, ce qui réduit considérablement la latence.
Super pipeline Bloc rapide
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline qui réduit considérablement la latence des blocs en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs en pipeline est même plus court que celui des blocs non en pipeline sous un ordonnanceur équitable. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus défaillants.
Résultat quantitatif
Grâce à une analyse théorique et à des tests pratiques, le délai attendu de 2PAClean dans le pire des cas est de 9.5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans défaillances et avec un ordonnanceur semi-équitable), il est de 6δ. En comparaison, le délai attendu de sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas, il est de 6δ. Ainsi, 2PAClean a réduit le délai dans le pire des cas de 0.5δ tout en maintenant le même délai dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean a augmenté de 80% à 100% par rapport à la sMVBA en chaîne, principalement en raison de l'évitement des abandons de blocs inutiles et des surcoûts de calcul dans le nouveau design.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), son temps d'exécution MVBA par instance est de 4δ, ce qui est plus rapide que tous les protocoles existants. De plus, la conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement des temps de prise de décision de bloc en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant encore les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour vérifier les performances du nouveau protocole, les chercheurs ont réalisé une évaluation computationnelle approfondie. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions de réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean atteint un bon équilibre entre la latence de transmission des messages et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG obtient une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Avec le développement continu de la technologie Blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans la garantie de la sécurité et l'amélioration des performances. La conception de 2PAC et des blocs à pipeline ultra-rapide montre la direction future du développement des protocoles de consensus Blockchain, à savoir l'atteinte d'un débit plus élevé et d'une latence plus faible grâce à la simplification de la structure du protocole et à l'optimisation du processus de consensus.
Directions de recherche futures
Les recherches futures peuvent explorer davantage les directions suivantes :
protocole d'optimisation : simplifier et optimiser davantage la structure du protocole, réduire les transmissions de messages et les coûts de calcul inutiles.
Analyse de la sécurité : analyser en profondeur la sécurité du nouveau protocole dans divers scénarios d'attaque, afin d'assurer sa fiabilité dans les applications pratiques.
Application réelle : appliquer le nouveau protocole à des systèmes Blockchain réels, afin de vérifier ses performances dans un environnement réseau réel.
Ce rapport analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus asynchrones de Blockchain actuels, et propose deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC et le bloc de pipeline ultra-rapide. Les nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en termes d'augmentation du débit et de réduction de la latence, fournissant une référence importante pour le développement futur de la technologie Blockchain. Ces nouveaux protocoles ont non seulement prouvé leur supériorité sur le plan théorique, mais ont également démontré d'excellentes performances lors des tests pratiques, offrant de nouvelles perspectives pour la mise en œuvre de protocoles de consensus Blockchain efficaces et sécurisés.
Grâce à des recherches et à des optimisations constantes, la technologie Blockchain jouera un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, tandis que la nouvelle génération de protocole de consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.
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CryptoSourGrape
· Il y a 1h
Encore un niveau élevé joué par les pros... Les techniciens s'envolent tous les jours, je ne fais que de l'Auto-Invest et du piège.
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SillyWhale
· Il y a 15h
BFT bull ah
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MevTears
· 07-22 02:14
Encore en train de compliquer la vie des gens ?
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MEV_Whisperer
· 07-22 02:09
pro果然是pro
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Ser_APY_2000
· 07-22 02:08
Ce BFT est vraiment bull, ça ressemble à du Trading des cryptomonnaies.
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MEVHunter
· 07-22 02:01
juste un autre sniper de mempool regardant tes txns
La performance du protocole 2PAC surmonte le goulot d'étranglement de consensus des blocs asynchrones.
Dernières avancées et applications du protocole de consensus de la Blockchain
La technologie Blockchain, en tant que technologie de registre distribué décentralisé, garantit l'intégrité et la cohérence des données grâce à un protocole de consensus. Le protocole de consensus est au cœur du système Blockchain, et ses performances influencent directement l'évolutivité et la sécurité de la Blockchain. Le protocole de consensus de tolérance aux pannes byzantines asynchrone (BFT) présente des avantages uniques pour faire face aux délais réseau et aux pannes de certains nœuds, c'est pourquoi il est devenu un sujet de recherche clé.
Ce rapport examine l'état actuel du développement des protocoles de consensus Blockchain, en se concentrant sur les dernières avancées du protocole de réplication de machine à état tolérante aux pannes byzantines asynchrones (BFT SMR). Le protocole asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, mais en raison de vulnérabilités, son retard prévu de 9,5δ n'a pas été réalisé. Par conséquent, le sMVBA est devenu le protocole MVBA asynchrone le plus rapide, avec un retard prévu de 10δ. Le rapport propose également deux nouvelles conceptions de protocoles, à savoir le 2PAC (consensus asynchrone en 2 phases) et le bloc de pipeline ultra-rapide, montrant des améliorations significatives en termes de débit et de retard.
Modèles et définitions
Dans le modèle BFT asynchrone, le système est composé de n = 3f + 1 processus, où f processus peuvent être malicieusement compromis par un adversaire. Ces processus communiquent entre eux via des canaux asynchrones, et le délai de transmission des messages est contrôlé par l'adversaire. Chaque processus possède une paire de clés publiques et privées pour la signature et la vérification, garantissant l'authenticité et l'intégrité des messages.
Blockchain Consensus
Le protocole de consensus Blockchain vise à faire en sorte que tous les nœuds honnêtes parviennent à un accord sur l'état de la Blockchain. Plus précisément, chaque nœud reçoit en continu de nouvelles transactions et les regroupe en blocs, garantissant que ces blocs soient convenus par tous les nœuds honnêtes grâce au protocole de consensus. Le protocole de consensus Blockchain doit répondre aux exigences fondamentales suivantes :
Les défis actuels du protocole de consensus asynchrone
Le protocole de consensus asynchrone le plus rapide actuellement est le 2-chain VABA, dont le délai prévu est de 9,5δ. Cependant, ce protocole présente plusieurs modes d'attaque qui compromettent sa cohérence et sa vivacité. Par exemple, des attaques dues à un manque de vérification des authentifications, des attaques qui utilisent des stratégies d'élévation pour entraver la vivacité, ainsi que des attaques sur la cohérence résultant d'une définition assouplie de l'authentification des leaders, etc. Bien que le 2-chain VABA introduise de nouveaux mécanismes, tels que l'exécution parallèle de multiples instances parallèles, il n'a toujours pas complètement résolu ces problèmes.
Nouveau design de protocole : 2PAC (Consensus asynchrone en 2 phases)
Sur la base de l'analyse des protocoles existants, les chercheurs ont proposé le protocole 2PAC. Ce protocole améliore considérablement les performances en simplifiant et en optimisant le processus de Consensus. Il comprend spécifiquement deux variantes :
2PAClean：
2PACBIG :
Super pipeline Bloc rapide
Les chercheurs ont proposé un nouveau design de bloc en pipeline qui réduit considérablement la latence des blocs en pipeline. En introduisant un mécanisme de chemin rapide, le temps de décision des blocs en pipeline est même plus court que celui des blocs non en pipeline sous un ordonnanceur équitable. Ce mécanisme garantit la latence du chemin rapide dans toutes les exécutions et n'est pas affecté par le comportement des processus défaillants.
Résultat quantitatif
Grâce à une analyse théorique et à des tests pratiques, le délai attendu de 2PAClean dans le pire des cas est de 9.5δ, tandis que dans le meilleur des cas (sans défaillances et avec un ordonnanceur semi-équitable), il est de 6δ. En comparaison, le délai attendu de sMVBA est de 10δ, et dans le meilleur des cas, il est de 6δ. Ainsi, 2PAClean a réduit le délai dans le pire des cas de 0.5δ tout en maintenant le même délai dans le meilleur des cas. De plus, le débit de 2PAClean a augmenté de 80% à 100% par rapport à la sMVBA en chaîne, principalement en raison de l'évitement des abandons de blocs inutiles et des surcoûts de calcul dans le nouveau design.
2PACBIG en tant que protocole avec une complexité de message de O(n³), son temps d'exécution MVBA par instance est de 4δ, ce qui est plus rapide que tous les protocoles existants. De plus, la conception de blocs en pipeline ultra-rapide permet à s2PAClean et s2PACBIG d'atteindre respectivement des temps de prise de décision de bloc en pipeline de 4δ et 3δ, améliorant encore les performances du protocole.
Évaluation des calculs
Pour vérifier les performances du nouveau protocole, les chercheurs ont réalisé une évaluation computationnelle approfondie. Les résultats montrent que 2PAClean et 2PACBIG affichent d'excellentes performances dans diverses conditions de réseau, en particulier dans des environnements à forte latence et à taux de défaillance élevé. Plus précisément, 2PAClean atteint un bon équilibre entre la latence de transmission des messages et la complexité computationnelle, tandis que 2PACBIG obtient une latence plus faible grâce à la parallélisation et à l'optimisation du processus de vote.
Avec le développement continu de la technologie Blockchain, le protocole de consensus BFT asynchrone jouera un rôle de plus en plus important dans la garantie de la sécurité et l'amélioration des performances. La conception de 2PAC et des blocs à pipeline ultra-rapide montre la direction future du développement des protocoles de consensus Blockchain, à savoir l'atteinte d'un débit plus élevé et d'une latence plus faible grâce à la simplification de la structure du protocole et à l'optimisation du processus de consensus.
Directions de recherche futures
Les recherches futures peuvent explorer davantage les directions suivantes :
Ce rapport analyse en détail les avantages et les inconvénients des protocoles de consensus asynchrones de Blockchain actuels, et propose deux nouvelles conceptions de protocole, à savoir 2PAC et le bloc de pipeline ultra-rapide. Les nouvelles conceptions montrent des avantages significatifs en termes d'augmentation du débit et de réduction de la latence, fournissant une référence importante pour le développement futur de la technologie Blockchain. Ces nouveaux protocoles ont non seulement prouvé leur supériorité sur le plan théorique, mais ont également démontré d'excellentes performances lors des tests pratiques, offrant de nouvelles perspectives pour la mise en œuvre de protocoles de consensus Blockchain efficaces et sécurisés.
Grâce à des recherches et à des optimisations constantes, la technologie Blockchain jouera un rôle de plus en plus important dans l'économie numérique de demain, tandis que la nouvelle génération de protocole de consensus fournira une base solide pour le développement de cette technologie.